附件2 调速器电气系统说明书附件2 调速器电气系统说明书1 概述黄河拉西瓦水电站工程调速器电气柜采用法国ALSTOM公司的T.SLG型功能组合式数字控制器为硬件核心构成双冗余微机调节器，配以相应的调速器控制软件，软件采用第四代工业控制专用语言基于功能块的应用编程软件包进行编程，软件的开发和相关的文件符合IEC1131-3标准的要求。 T.SLG型功能组合式数字式控制器是ALSTOM技术开发中心专门为水电站开发设计的最新产品，采用ALSTOM调速器专用的工业控制计算机，并使用了ALSTOM在高级C语言环境下开发的专用T-SOFT软件编程，适应于各种类型水轮发电机组。该硬件由法国ALSTOM制造生产。黄河拉西瓦水电站工程调速器电气柜的其它主要部件也均从法国ALSTOM原装进口。ALSTOM是当今世界上能源领域著名的跨国集团。ALSTOM从十九世纪下叶生产出第一台机械式调速器以来，至今已有100多年历史。ALSTOM自六十年代便取消了机械反馈和机械开限，首先对调速器液压随动系统进行了技术革命，使调速器从原理上成为真正的电气液压控制系统，从而消除了由于机械连接而产生的死区和卡死，结构变得更加简单；电气部分从电子管技术到模拟集成电路，使调速器的功能更加完善、精度不断提高。八十年代以来，随着计算机技术的飞速发展，数字式调速器迅速取代了模拟电调。ALSTOM集团自1984年将第一台数字式调速器投入电站运行以来，在短短的十多年中已累计生产出两千多台NEYRPIC系列数字式调速箱，在全世界范围内的百多座大中小型水电站优质运行。并在下列著名电站中得以应用：序号电站名称国家机组型式装机容量发电日期1广州蓄能中国蓄能4x306 MW19922依太普巴拉圭混流式9x740 MW19833PEHUENCHE智利混流式2x288 MW19914LA GRANDE2加拿大混流式16x338.5 MW19795PALMAR乌拉圭卡普兰式3x100 MW19826CHAUTAGNE法国贯流式2x45 MW19817石岛美国贯流式8x54 MW19788三峡中国混流式14x700 MW20039龙滩中国混流式7x700 MW2007其它国内的主要电站应用如下：序号电站名称机组型式装机容量操作油压发电日期1青山殿轴流式2x20MW4.0MPa98/52万家寨混流式6x180MW6.4MPa98/113沙县贯流式3x16MW6.0MPa99/124科佳(马其顿)混流式2x20MW6.4MPa04/075木龙滩贯流式2x7MW6.4MPa01/086北溪混流式2x20MW14.0MPa01/077富春江轴流式2x61MW4.0MPa01/128尼那贯流式4x40MW6.3MPa03/059直岗拉卡贯流式4x38MW6.3MPa200510西溪贯流式2x14.5MW6.3MPa200511东溪贯流式2x9.3MW6.3MPa200612张河湾抽水蓄能4x255MW6.3MPa2007 ALSTOM调速器经历了近100年的发展历程，无论硬件和软件，其性能和可靠性均有了极大的提高。如图所示：2 调速器电气柜的主要配置 调速器电气柜采用800H600H2260 mm标准柜体结构，在柜体前门安装有相应的指示表计及MMI等。 主要配置包括：l 具有双冗余功能的T.SLG数字控制器 l 15” MMI人机界面（彩色液晶显示器）l 电隔离器及频率变换器l 软件开发及编程软件包（工程师工作站）l 厂用交直流双路供电I/O电源系统l 伺服比例阀功率放大模块（双路）l 接触器、继电器及I/O接口模块等l 表计、指示灯、端子及开关等l 柜体电气柜的外型及结构布置如图所示：ALSTOM电气柜的外型及结构布置（黄河拉西瓦水电站工程）ALSTOM电气柜的外型及结构布置（典型实物照片）3 功能及原理描述3.1 主要功能ALSTOM集团积累了一百多年的丰富经验，针对每一个项目，根据用户的各种特殊要求，密切配合不同类型水轮机（包括Francis, Kaplan, Bulb 和Pelton水轮机）来设计、制造不同结构和配置的调速器电气柜，以满足世界范围内的水电市场的需要。主要功能包括：l 适用于Francis, Kaplan, Bulb 和Pelton等类型水轮机的转速/负荷控制l 水电站上游/下游水位控制l 全冗余的转速/负荷无扰动切换控制l 针对冲击式水轮机的开机流程和水消耗优化控制的喷针管理软件l 变速控制l Kaplan和Bulb水轮机的按水头和功率的导叶开度控制l 孤立电网和大网中的频率控制l Bulb水轮机下游安全门的开机/停机及紧急停机流程管理3.2 一般功能l 开机、停机、调相、增减负荷、紧急停机l 位置预置功能,可实现各种开停机程序要求l 通过PT或齿盘传感器测量机组转速l 自动跟踪电网频率和相位,保证机组迅速同期并网l 远方电气开限l 远方负载整定l 通讯协议l 完全冗余结构，即两套从输入输出都独立的电气调速器l 部分冗余结构，可根据用户要求具体配置l 水位调节l 功率调节l 成组调节l 各种人机界面l 其它用户要求的控制功能3.3 主要原理及技术特点3.3.1 全冗余多CPU的转速环与位置环控制ALSTOM调速器采用全冗余的转速PID环控制和位置PID控制结构，转速PID环控制和位置PID控制均有各自独立的CPU进行控制其结构如图所示：拉西瓦调速器采用的全冗余配置结构3.3.2 频率与相位的跟踪控制ALSTOM调速器技术中的频率与相位的跟踪控制技术采用了独特的相位反馈，具有：l 减少了同期时间l 不受断路器合闸时间的影响相位反馈原理3.3.3 数字式PID转速调节器与PID位置调节器 ALSTOM调速器的PID调节器的传递函数如下图所示：3.3.4 采用第三方通讯协议的强大通讯功能ALSTOM调速器采用的通讯特征为：l 连接方式（Physical medium）:RS485或RS232l 采用MODBUS通讯协议ALSTOM调速器通讯的主要优点为：l 简化接线l 可以传递更多的信息l 方便实现远程控制通讯连接方式如图所示：4 T.SLG控制器4.1 结构及特点A T.SLG基于两个基本模块：l 单元处理模块（UPC）：完成调速功能l 位置调节模块（SPC）：控制接力器行程，包括驱动电液转换元件（伺服比例阀等）B 根据水轮机和调速器的功能要求，T.SLG可以构造出不同的配置方案l 冗余的位置传感器l 冗余的调速模块l 完全冗余l 根据不同的水轮机类型，方便地调整硬件结构l 现场安装简便： UPC模块可安装在中控室，SPC模块可安装在接力器附近l T.SLG的设计提高了调速系统的有效性C T.SLG最多可控制24个接力器l 混流式机组： 1至24个导叶l 轴流转桨式机组：1个桨叶，1个导叶l 冲击式机组：8个折向器，8个喷针D T.SLG软件支持个性化定义l 能够实现项目中可能要求的特殊功能l 出厂前，使用水轮机模拟实验台，可以全面测试调速器的程序，从而可以节约现场的调试时间。E T.SLG的操作界面l 可与HMI(触摸屏)连接，使操作更加简便。l 基于PC机的T SOFT软件，包含了管理T.SLG所需的所有功能(测试，维护，设定，参数备份等)F T.SLG柜体集成l 每个模块均为标准尺寸：高1U ；宽19英寸；深210mm l 接线位于模块的背面基于T.SLG的典型的调速系统图典型的调速模块冗余的系统图典型的T.SLG控制外形图4.2 主要功能A T.SLG实现了控制水轮机所必需的特定功能：l 适用于各种类型的水轮机（混流式机组，轴流转桨式机组，冲击式机组）l 快速开机l 快速并网l 速度调节l 功率调节B 特殊功能l 功率对应开度的二维协联曲线l 适用于轴流转桨式/灯泡式机组的三维协联曲线l 快速同期l 独立的PID参数能更好地稳定电网频率l 正常停机和卸载能力l 双位置反馈回路控制，如：导叶 (含主配压阀和接力器)包括2级反馈回路l 冗余配置C 要点l 通过特殊的信号处理，利用PT和齿盘可采集3路转速信号l 直接驱动各种类型的电液转换器，包括：标准的4-20 mA , +/- 20mA, +/-100mA, +/-10V信号伺服比例阀ED型电液转换器TR10型电液转换器 使用第三方协议实现强大的通讯功能：Modbus， F8000，以太网l 使用第三方协议确保了与任何自动控制系统的集成（如P320控制系统）l 用于参数设置和调试的智能终端l 简便的调试工具T-SOFTl 优良的性能及高度的可靠性l 32位微处理器l “看门狗”监控l 统一的数据管理l 模块更换无需特殊工具（即插即用）l 大范围电源输入量程（从24V到220Vdc）l 主要技术数据l T.SLG符合国际标准和ALSTOM制造规范4.3 性能参数调速器的性能满足IEC 60 308定义数据备注转速死区ix / 2 10-4速度/频率测量精度10-5位置测量精度 10-3接力器全行程温漂 +/- 0.1 %接力器全行程负荷设置精度 2%负荷调节范围0 -120 %接力器非线性度0 to 5%速度设定范围90 to 110%选项：0 to 110%频率-负荷调整时间1 to 1000 s电源设置调整范围0 to 110%4.4 生产与设计规范ALSTOM Power Hydro 符合 ISO 9001 标准特性参照备注调速功能IEC 61 362调速测试IEC 60 308硬件环境IEC 1131-2电磁兼容性IEC 55011IEC 61000-4-2IEC 61000-4-3IEC 61000-4-4IEC 61000-4-5IEC 61000-4-6 IEC 61000-4-11电气保护EN 61010-1绝缘IEC 255-5隔离IEC 255-3C37-902000Vac4.5 调速器参数设置以下设置参照了新/旧IEC 标准参数设置范围旧标准新标准永态转差系数 010%0 bp 20%0 bp 20%比例增益 0505% bt 1000%0.1 Kp 20积分时间常数 0.120 1/s0.1